JP7271403B2

JP7271403B2 - 成膜装置および成膜装置の使用方法

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Description

本発明は、成膜装置および成膜装置の使用方法に関する。より特定的には、本発明は、基板の成膜面に形成された膜の物性を検出する物性検出部を備えた成膜装置および成膜装置の使用方法に関する。

ＳｉＣ（炭化ケイ素）は、Ｓｉ（ケイ素）に比べてバンドギャップが大きい。ＳｉＣは、Ｓｉに比べて熱的、化学的、および機械的に安定である。このため、ＳｉＣは、次世代の半導体デバイスや光学材料などとして注目されている。

従来、単結晶のＳｉＣを得る方法として、昇華法を用いてＳｉＣよりなるバルク基板を作製する方法が用いられている。また、単結晶のＳｉＣ膜を得る方法として、図８に示すように、Ｓｉ基板やＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの下地基板３００上に、ＳｉＣ膜３１０をエピタキシャル成長させる方法が行われている。下地基板上にＳｉＣ膜をエピタキシャル成長させる場合には、真空ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が用いられている。真空ＣＶＤ法を用いた場合には、シラン系ガスや炭化水素系ガスなどの原料ガスを用いてＳｉＣ膜が形成される。

ＳｉＣ膜がパワーデバイスの用途で使用される場合、ＳｉＣ膜は１μｍ～１０μｍ程度の厚さで形成される。従来、ＳｉＣ膜の厚さは、成膜時間に基づいて次の方法で制御されていた。ＳｉＣ膜の既知の成長速度から目標とする膜厚に達するまでの成膜時間を算出する。下地基板上に原料ガスを導入し、算出した成膜時間が経過した時に原料ガスの導入を停止する。

近年、ペリクル膜などのパワーデバイスとは別の用途でＳｉＣを使用することが検討されている。ペリクル膜などの用途でＳｉＣを使用する場合、ＳｉＣ膜は１０ｎｍ～１００ｎｍ程度の厚さで形成される必要があり、かつＳｉＣ膜厚の成膜再現性が１ｎｍ以下となるような制御精度が要求される。

図９は、インキュベーションタイムを模式的に示す図である。

図９を参照して、しかし、ＳｉＣ膜の厚さを成膜時間に基づいて制御する従来の方法では、ＳｉＣ膜のインキュベーションタイムに起因して、必要な厚さの精度を得ることができなかった。インキュベーションタイムとは、成膜を開始してから実際にＳｉＣ膜の形成が開始するまでの何も成膜されない時間ＩＴである。インキュベーションタイムは、ＣＶＤなどの成膜技術において特定の条件で見られる特徴である。成膜の開始直後にはＳｉＣ膜が島状に成長するため、ＳｉＣ膜は検知されない。インキュベーションタイムはこの事実に起因するものであると推測される。なお、インキュベーションタイムについては下記特許文献１および非特許文献１などに開示されている。

ＳｉＣ膜の成膜に関するバッチ処理を複数回実施する場合、複数回のバッチ処理の各々の成膜条件を同一に設定したとしても、インキュベーションタイムは、バッチ処理毎に異なる。この原因は、成膜に使用する治具の消耗の程度、直前のバッチ処理に起因する成膜開始温度の変動など、成膜チャンバー内の状態の微小な変化にある。このため、ＳｉＣ膜の厚さを成膜時間に基づいて制御する従来の方法では、形成されるＳｉＣ膜の厚さの精度が低く、要求される厚さ精度を実現することができないという問題があった。

なお、従来の成膜装置は下記特許文献２および３などに開示されている。薄膜から放射される光の放射率に基づく薄膜の厚さを制御する技術は、下記特許文献４および５などに開示されている。エリプソメトリー法に関する技術は、下記特許文献６～８ならびに非特許文献２などに開示されている。

特開２００３－２４３５３７号公報特開２００２－２９８８９号公報特許第３５９７９９０号明細書特開２００２－２９４４６１号公報特開平５－２０９２８０号公報特許第３２５３９３２号明細書特開２００２－１９４５５３号公報特開２００２－７１４６２号公報

三菱電機株式会社信学技報（ＴＥＣＨＮＩＣＡＬＲＥＰＯＲＴＯＦＩＥＩＣＥ）ＥＤ２０００－１３３，ＳＤＭ２０００－１１５，ＩＣＤ２０００－６９埼玉大院理工、後藤大祐著，「六方晶ＳｉＣ無極性面の酸化過程の実時間観察」，第７４回応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集，１９ａ－Ｐ９－４

ＳｉＣ膜の厚さを測定する方法として、放射率測定装置を用いる方法がある。この方法では、薄膜から放射される光の放射率が検知され、検知された放射率に基づいて薄膜の厚さが測定される。従来の成膜装置に対して放射率測定装置を設けた構成を想定する。

図１０は、従来の成膜装置に対して放射率測定装置を設けた構成（成膜装置１１００）の一例を模式的に示す断面図である。

図１０を参照して、この成膜装置１１００は、真空チャンバー１００１と、ヒーター１００３と、シャワーヘッド１００４と、放射率測定装置１００５とを備えている。

真空チャンバー１００１内の所定の位置には、基板ホルダー（図示無し）によって基板２００が保持される。真空チャンバー１００１は、排出口１０１１と、透過窓１０１２とを含んでいる。排出口１０１１は、真空チャンバー１００１内部のガスを排出するための開口である。排出口１０１１には真空ポンプが接続される。透過窓１０１２は、シャワーヘッド１００４を介して基板２００の成膜面に対向する位置に設けられている。透過窓１０１２は放射率測定装置１００５が照射する光を透過する。

ヒーター１００３は、基板２００を加熱する。

シャワーヘッド１００４は、供給面１０４１と、貫通孔１０４２とを含んでいる。供給面１０４１は、基板２００の成膜面（図９中下側の面）と対向している。シャワーヘッド１００４は、真空チャンバー１００１の外部から原料ガスを導入する。シャワーヘッド１００４は、矢印ＡＲ１００１で示すように、供給面１０４１に形成された複数の吐出口（図示無し）を通じて基板２００の成膜面に対して原料ガスを吐出する。貫通孔１０４２は、基板２００と透過窓１０１２との間に設けられている。

放射率測定装置１００５は、真空チャンバー１００１の外部に設けられており、透過窓１０１２の付近に設けられている。放射率測定装置１００５は近赤外から近紫外領域までの間の波長の光を照射する。照射された光は、矢印ＡＲ１００２で示すように、透過窓１０１２および貫通孔１０４２を通じて、基板２００の成膜面に対して垂直に入射する。この光は、基板２００の成膜面に対して垂直に反射する。基板２００の成膜面で反射した光は、矢印ＡＲ１００３で示すように、透過窓１０１２および貫通孔１０４２を通過する。放射率測定装置１００５は、透過窓１０１２および貫通孔１０４２を通過した反射光を受信する。放射率測定装置１００５は、受信した反射光から放射率（放射率＝１－反射光強度／入射光強度）を算出し、その時間変化に基づいて、基板２００の成膜面に形成された膜の厚さを測定する。

真空チャンバー１００１の内部は減圧雰囲気に保たれる。シャワーヘッド１００４から真空チャンバー１００１の内部に原料ガスを供給することにより、基板２００の成膜面への膜の形成が開始される。膜の形成中に放射率測定装置１００５にて膜の厚さが測定される。

上記の放射率測定装置によれば、膜の厚さをその場で（ｉｎ－ｓｉｔｕ）測定することができる。しかし、上記の放射率測定装置で検出される膜の厚さの分解能は、「分解能＝入射光の波長／（２×薄膜の屈折率）」で算出される値となるため、近赤外から近紫外領域までの波長の入射光では、１ｎｍ以下の分解能を実現することは不可能である。このため、上記の放射率測定装置を設けた成膜装置では、ＳｉＣ膜を１０ｎｍ～１００ｎｍ程度の厚さ範囲で形成することが難しく、かつＳｉＣ膜厚の成膜再現性を１ｎｍ以下とすることが難しかった。

ところで、高い分解能を有する膜厚測定方法として、エリプソメトリー法が知られている。エリプソメトリー法を用いた膜厚測定装置では、基板に形成された膜に対して０より大きく９０°より小さい入射角で光を照射する。入射した光と反射した光との偏光状態の違いに基づいて膜の厚さが測定される。しかし、従来の成膜装置において、基板の成膜面の付近にはガス供給部（図１０のシャワーヘッド１００４）が設けられている。このガス供給部が光路の障壁となっていた。基板に形成された膜に対して光を照射し、基板に形成された膜で反射した光を受信することは困難であった。その結果、エリプソメトリー法を用いた膜厚測定装置を従来の成膜装置に適用することは困難であった。

形成される膜の厚さの精度が低いという問題は、膜がＳｉＣよりなる場合に限られるものではなく、膜を形成する場合全般において生じる問題であった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、形成される膜の厚さの精度を向上することのできる成膜装置および成膜装置の使用方法を提供することである。

本発明の一の局面に従う成膜装置は、内部が減圧雰囲気に保たれる成膜室と、成膜室の内部に設けられ、成膜面を有する基板を保持する基板保持部と、基板を加熱する加熱部と、成膜面に形成する膜の原料ガスを成膜面に供給するガス供給部と、成膜面に形成された膜の物性を検出する物性検出部とを備え、物性検出部は、成膜面に形成された膜に対して電磁波または電子線を照射する照射部と、成膜面に形成された膜で反射した電磁波または電子線を受信する受信部と、受信部にて受信した電磁波または電子線に基づいて、成膜面に形成された膜の物性を検出する検出部とを含み、ガス供給部は、成膜面と対向する供給面と、供給面に設けられた複数の吐出口であって、原料ガスを成膜面に向けて吐出する複数の吐出口と、複数の吐出口に原料ガスを搬送する本体と、照射部から照射されて成膜面に形成された膜へ向かう電磁波または電子線を透過する第１の透過部と、成膜面に形成された膜で反射して受信部へ向かう電磁波または電子線を透過する第２の透過部であって、第１の透過部とは異なる位置に設けられた第２の透過部とを含み、ガス供給部は、供給面の外周を取り囲み、供給面から成膜面に向かって突出する側壁をさらに含み、第１および第２の透過部は、側壁に設けられる。

上記成膜装置において好ましくは、第１および第２の透過部は、側壁に形成された切欠きまたは孔よりなる。

上記成膜装置において好ましくは、第１および第２の透過部の各々のサイズを調整するサイズ調整部をさらに備える。

上記成膜装置において好ましくは、ガス供給部は、本体および側壁に設けられた冷媒の流通路をさらに含む。

上記成膜装置において好ましくは、基板を基板保持部に設置する際に、基板を成膜面側から支持する複数のピンを含む支持部をさらに備え、ガス供給部は、側壁における成膜面側の端部に設けられた複数の凹部であって、第１および第２の透過部とは異なる位置に設けられた複数の凹部をさらに含み、複数のピンの各々は、複数の凹部の各々を貫通する。

本発明の他の局面に従う成膜装置の使用方法において、成膜装置は、内部が減圧雰囲気に保たれる成膜室と、成膜室の内部に設けられ、成膜面を有する基板を保持する基板保持部と、基板を加熱する加熱部と、成膜面に形成する膜の原料ガスを成膜面に供給するガス供給部と、成膜面に形成された膜の物性を検出する物性検出部とを備え、物性検出部は、成膜面に形成された膜に対して電磁波または電子線を照射する照射部と、成膜面に形成された膜で反射した電磁波または電子線を受信する受信部と、受信部にて受信した電磁波または電子線に基づいて、成膜面に形成された膜の物性を検出する検出部とを含み、ガス供給部は、成膜面と対向する供給面と、供給面に設けられた複数の吐出口であって、原料ガスを成膜面に向けて吐出する複数の吐出口と、複数の吐出口に原料ガスを搬送する本体とを含み、使用方法は、照射部から照射されて成膜面に形成された膜へ向かう電磁波または電子線に、ガス供給部における第１の透過部を透過させる第１の工程と、成膜面に形成された膜で反射して受信部へ向かう電磁波または電子線に、ガス供給部における第１の透過部とは異なる位置に設けられた第２の透過部を透過させる第２の工程とを備え、ガス供給部は、供給面の外周を取り囲み、供給面から成膜面に向かって突出する側壁をさらに含み、第１および第２の透過部は、側壁に設けられる。

本発明によれば、形成される膜の厚さの精度を向上することのできる成膜装置および成膜装置の使用方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態における成膜装置１００の構成を示す断面図である。分光エリプソメーターによる膜２１０の厚さの検出方法を概念的に示す図である。図１中Ａ部の拡大図である。基板２００側から見た場合のシャワーヘッド４の一の構成を示す平面図である。反りが発生した基板２００を模式的に示す断面図である。基板２００側から見た場合のシャワーヘッド４の他の構成を示す平面図である。なお本発明の一実施の形態における成膜装置１００の変形例の構成を示す断面図である。Ｓｉ基板よりなる下地基板３００上に、ＳｉＣ膜３１０をエピタキシャル成長させた構造を模式的に示す断面図である。インキュベーションタイムを模式的に示す図である。従来の成膜装置に対して放射率測定装置を設けた構成（成膜装置１１００）の一例を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における成膜装置１００の構成を示す断面図である。

図１を参照して、本実施の形態における成膜装置１００（成膜装置の一例）は、高真空ＣＶＤ法により、基板２００の成膜面２０１に膜２１０を形成するためのものである。基板２００はたとえばＳｉよりなっている。膜２１０は、たとえばＳｉＣよりなっている。

成膜装置１００は、成膜室１（成膜室の一例）と、基板保持部２（基板保持部の一例）と、加熱部３（加熱部の一例）と、シャワーヘッド４（ガス供給部の一例）と、物性検出部５（物性検出部の一例）と、治具６１および６２（角度および位置調整部の一例）と、制御部９とを備えている。

成膜室１は、排気口１１ａおよび１１ｂと、ポート１２と、突出部１３ａおよび１３ｂと、透過窓１４ａおよび１４ｂとを含んでいる。基板保持部２によって基板２００が保持されている場合に、成膜室１の内部は基板２００および基板保持部２によって空間ＳＰ１と空間ＳＰ２とに区画される。空間ＳＰ１は、基板２００における成膜面２０１とは反対の面である裏面２０２が面する空間である。排気口１１ａは空間ＳＰ１に設けられている。排気口１１ａには真空ポンプ（図示無し）が接続されている。ポート１２には、シャワーヘッド４へのガス供給のための配管４７が固定されている。

空間ＳＰ２は、基板２００における成膜面２０１が面する空間である。排気口１１ｂは空間ＳＰ２に設けられている。排気口１１ｂには、排気口１１ａに接続されている真空ポンプとは別の真空ポンプ（図示無し）が接続されている。空間ＳＰ１およびＳＰ２の各々は、２つの真空ポンプの各々によって互いに独立して排気される。これにより、空間ＳＰ１およびＳＰ２の各々は、独立に減圧制御される。

ポート１２は空間ＳＰ２に設けられている。ポート１２は、原料ガスを外部から導入するためのものである。

突出部１３ａおよび１３ｂの各々は、成膜室１の外壁から斜め下方に向かって突出している。突出部１３ａおよび１３ｂの各々は、互いに対向している。突出部１３ａおよび１３ｂの各々の内部は、空間ＳＰ２と接続されている。

透過窓１４ａおよび１４ｂの各々は、突出部１３ａおよび１３ｂの各々の先端に取り付けられている。透過窓１４ａおよび１４ｂの各々は、ビームＬ１およびＬ２を透過する材料よりなっている。

成膜室１は、開閉機構を有する開口（図示無し）をさらに含んでいてもよい。基板２００はこの開口を通じて成膜室１の内部へ搬入される。基板２００はこの開口を通じて成膜室１の外部へ搬出される。

基板保持部２は、成膜室１の内部に設けられている。基板保持部２は、基板２００を保持する。基板保持部２は、成膜室１の内壁面から突出している。基板２００は基板保持部２の開口部２１を覆うように、基板保持部２の上面における開口部２１の縁に配置される。

加熱部３は、電源９１からの電力の供給を受けて発熱するヒーターである。加熱部３は、基板２００の裏面２０２側から基板２００に輻射熱を与える。これにより、加熱部３は基板２００を加熱する。加熱部３による基板２００の加熱方式は任意である。加熱部３は、抵抗発熱体、プラズマ、電磁誘導、または高周波電界などを用いて基板２００を加熱するものであってもよい。

シャワーヘッド４は、成膜面２０１に形成する膜の原料ガスを、原料ガス源４８から成膜面２０１に供給する。

物性検出部５は、成膜面２０１に形成された膜２１０の物性を検出する。物性検出部５は、成膜室１の外部に設けられている。物性検出部５は、照射部５１（照射部の一例）と、受信部５２（受信部の一例）と、検出部５３（検出部の一例）とを含んでいる。照射部５１は、膜２１０に対してビームＬ１を照射する。照射部５１は、治具６１によって突出部１３ａに取り付けられている。照射部５１から照射されたビームＬ１は、透過窓１４ａおよび透過部４４ａを透過し、膜２１０に向かう。ビームＬ１は、透過部４４ａを透過した後、膜２１０に入射する。

受信部５２は、膜２１０で反射したビームＬ１であるビームＬ２を受信する。受信部５２は、治具６２によって突出部１３ｂに取り付けられている。膜２１０で反射した反射物Ｌ２は、透過部４４ｂおよび透過窓１４ｂを透過し、受信部５２に向かう。ビームＬ２は、透過窓１４ｂを透過した後、受信部５２に入射する。ビームＬ１およびビームＬ２は、電磁波または電子線よりなっている。

ビームＬ１の光軸と成膜面２０１（基板水平面）とのなす角を入射角αとする。ビームＬ２の光軸と成膜面２０１とのなす角を反射角βとする。入射角αおよび反射角βの各々は、いずれも０より大きい。入射角αおよび反射角βの各々は、好ましくは１５度以上３０度以下である。

なお、物性検出部５は、成膜室１の内部に設けられていてもよい。

治具６１は、矢印ＡＲ１１で示すように、突出部１３ａに取り付けられた状態の照射部５１を回転可能である。この回転により、治具６１は入射角αを調整する。また治具６１は、矢印ＡＲ１２で示すように、突出部１３ａに取り付けられた状態の照射部５１を上下左右方向に移動可能である。この移動により、治具６１は、ビームＬ１の膜２１０への入射位置を調整する。

同様に、治具６２は、矢印ＡＲ１３で示すように、突出部１３ｂに取り付けられた状態の受信部５２を回転可能である。この回転により、治具６２は反射角βに対して受信部５２の角度を調整する。また治具６２は、矢印ＡＲ１４で示すように、突出部１３ｂに取り付けられた状態の受信部５２を上下左右方向に移動可能である。この移動により、治具６２は、ビームＬ２に対して、受信部５２の位置を調整する。

検出部５３は、受信部５２にて受信したビームＬ２に基づいて、膜２１０の物性を検出する。本実施の形態では、制御部９が検出部５３の機能を有している場合について示している。検出部５３は、制御部９とは独立して動作するものであってもよい。

制御部９は、原料ガス源４８のバルブの開閉を制御することにより、シャワーヘッド４による原料ガスの供給を制御する。制御部９は加熱部３への入力電力を制御することにより、基板２００の加熱温度を制御する。制御部９は、物性検出部５にて検出した膜２１０の厚さが所定の値に到達した場合に、原料ガスの成膜面２０１への供給を停止する。制御部９は物性検出部５にて検出した膜２１０の厚さが所定の値に到達した場合に、基板２００への加熱を停止、または加熱温度を変更する制御を行う。また制御部９は、電源９１、照射部５１、および受信部５２の各々の動作を制御する。

図２は、分光エリプソメーターによる膜２１０の厚さの検出方法を概念的に示す図である。

図１および図２を参照して、物性検出部５は、分光エリプソメーターよりなっていてもよい。物性検出部５が分光エリプソメーターよりなる場合、照射部５１は、ビームＬ１として光を照射する。受信部５２は、ビームＬ２として光を受信する。ビームＬ１およびＬ２は、紫外光、可視光、および赤外光のうち少なくともいずれかであることが好ましい。

検出部５３は、照射部５１にて照射した光の偏光状態に対する受信部５２にて受信した光の偏光状態の変化に基づいて、膜２１０の厚さを検出する。

また、物性検出部５は、ＲＨＥＥＤ（ＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔｒｏｎＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置や、Ｘ線反射率測定装置などであってもよい。

物性検出部５がＲＨＥＥＤ装置よりなる場合、照射部５１は、ビームＬ１として電子線を照射する。受信部５２は、ビームＬ２として電子線を受信する。検出部５３は、受信部５２にて受信した電子線の回折図形に基づいて、膜２１０の厚さや、膜２１０の表面の格子の状態などを検出する。

物性検出部５がＸ線反射率測定装置よりなる場合、照射部５１は、ビームＬ１としてＸ線を照射する。受信部５２は、ビームＬ２としてＸ線を受信する。検出部５３は、受信部５２にて受信したＸ線の反射率の入射角への依存性に基づいて、膜２１０の厚さ、膜２１０の密度、または膜２１０の表面粗さなどを検出する。

次に、シャワーヘッド４の詳細について説明する。

図３は、図１中Ａ部の拡大図である。図４は、基板２００側から見た場合のシャワーヘッド４の一の構成を示す平面図である。なお図４および図６では、基板２００の位置が点線で示されている。

図１、図３、および図４を参照して、シャワーヘッド４は、供給面４１（供給面の一例）と、複数の吐出口４１ａ（吐出口の一例）と、本体４２（本体の一例）と、側壁４３と、透過部４４ａおよび４４ｂ（第１および第２の透過部の一例）と、流通路４５ａおよび４５ｂと、凹部４６とを含んでいる。

供給面４１は、シャワーヘッド４の上端部に設けられている。供給面４１は、成膜面２０１と対向している。供給面４１は平面であり、成膜面２０１とほぼ平行である。ここでは、基板２００および供給面４１は円の平面形状を有している。基板２００および供給面４１の平面形状は任意である。

複数の吐出口４１ａの各々は、供給面４１に設けられている。複数の吐出口４１ａの各々は、原料ガスを成膜面２０１に向けて均一に吐出する。基板２００の成膜面２０１と対向した供給面４１の複数の吐出口４１ａの各々から原料ガスを吐出することにより、成膜面２０１に形成される膜２１０の厚さを均一化することができる。

本体４２は、配管４７から搬送されてきた原料ガスを、複数の吐出口４１ａに搬送する。本体４２は、上部本体４２ａと、下部本体４２ｂとを含んでいる。上部本体４２ａは下部本体４２ｂの上部に設けられている。上部本体４２ａには複数の吐出口４１ａが形成されている。下部本体４２ｂは、内部空間ＳＰ３を含んでいる。複数の吐出口４１ａの各々は、内部空間ＳＰ３に面する上部本体４２ａの下面から供給面４１まで延在している。

側壁４３は、供給面４１の外周を取り囲んでいる。側壁４３は、供給面４１から成膜面２０１に向かって上方に突出している。側壁４３は、基板２００側から見た場合に、側壁４３は円の平面形状を有している。側壁４３は、複数の吐出口４１ａから吐出された原料ガスを側壁４３の内側に充満させる役割を果たす。供給面４１の法線方向から見た場合に、側壁４３は、基板２００の外周を取り囲んでいる。これにより、複数の吐出口４１ａから吐出された原料ガスを成膜面２０１全体に行き渡らせることができる。側壁４３は、ビームＬ１およびビームＬ２を遮蔽する材料よりなっている。側壁４３は、ビームＬ１およびビームＬ２を透過する材料よりなっていてもよい。この場合、側壁４３と、透過部４４ａおよび４４ｂの各々とが同一の部材よりなっていてもよい。

透過部４４ａおよび４４ｂの各々は、側壁４３に設けられている。透過部４４ａおよび４４ｂの各々は、たとえば側壁４３に形成された切欠きまたは孔よりなっている。これにより、透過部４４ａは、ビームＬ１を透過する。透過部４４ｂは、ビームＬ２を透過する。透過部４４ａおよび４４ｂの各々は、ビームＬ１およびビームＬ２の各々が通過する位置に設けられている。透過部４４ａおよび４４ｂの各々は、互いに異なる位置に設けられている。透過部４４ａおよび４４ｂの各々は、同様の構成を有している。

流通路４５ａおよび４５ｂの各々は、シャワーヘッド４を冷却するための冷媒の流通路である。流通路４５ａは、上部本体４２ａの内部に設けられている。流通路４５ｂは、側壁４３の内部に設けられている。流通路４５ａおよび４５ｂの各々には、冷媒を流通路に導入するための導入管（図示無し）と、冷媒を流通路から排出するための排出管（図示無し）とが接続されている。

成膜時には、基板２００が加熱されるとともに、成膜室１の内部の構造物も同様に加熱される。この状態で成膜室１の内部に原料ガスが供給されると、基板２００の成膜面２０１に膜２１０が形成されるだけでなく、成膜室１の内部の構造物付近においても原料ガスが反応する。その結果、成膜室１の内部の構造物に堆積物（異物）が生成される。このような堆積物が不要に剥離および飛散した場合には、堆積物が基板２００に付着する。その結果、基板２００が汚染される。流通路４５ａおよび４５ｂに冷媒を流通させることにより、成膜時に成膜室１の内部の構造物（特に上部本体４２ａおよび側壁４３）の温度を原料ガスの反応温度以下に冷却することができる。これにより、シャワーヘッド４への堆積物の付着を抑止することができる。

複数の凹部４６は、側壁４３における成膜面２０１側の端部に設けられている。複数の凹部４６は、側壁４３における透過部４４ａおよび４４ｂとは異なる位置に設けられている。

配管４７は、本体４２にガスを搬送する。配管４７は本体４２および原料ガス源４８に接続されている。

原料ガス源４８は、原料ガスを貯蔵する容器である。原料ガス源４８は、成膜室１の外部に設けられている。

成膜装置１００は、サイズ調整部７ａおよび７ｂと、支持部８とをさらに備えている。

サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々は、側壁４３における互いに対向する位置に取り付けられている。サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々は、同様の構成を有している。サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々は、遮蔽板７１と、透過部７２と、ネジ７３とを含んでいる。サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々は、ネジ７３によって側壁４３に対して着脱可能である。

遮蔽板７１は、基板２００側から見た場合に、側壁４３に沿った弧の平面形状を有している。遮蔽板７１は、側壁４３における透過部４４ａおよび４４ｂの各々を覆う位置に、ネジ７３によって固定されている。遮蔽板７１は、ビームＬ１およびビームＬ２を遮蔽する材料よりなっている。

透過部７２は、遮蔽板７１に設けられている。透過部７２は、たとえば遮蔽板７１に形成された切欠きまたは孔よりなっている。これにより、透過部７２は、ビームＬ１およびビームＬ２を透過する。

成膜装置１００は、複数種類のサイズの透過部７２を含む複数種類のサイズ調整部７ａおよび７ｂの各々を備えている。成膜装置１００の使用者は、基板２００の種類および基板に形成する膜の種類などに応じて、適切なサイズの透過部７２を含むサイズ調整部７ａおよび７ｂの各々を選択する。成膜装置１００の使用者は、成膜前に、選択したサイズ調整部７ａおよび７ｂの各々を側壁４３に取り付ける。これにより、透過部４４ａおよび４４ｂの各々のサイズ（ビームＬ１またはＬ２が透過する領域のサイズ）が、サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々によって調整される。

なお、側壁４３の外部への原料ガスの漏れを抑止する観点で、透過部４４ａおよび４４ｂの各々は、ビームＬ１およびビームＬ２が透過可能となる範囲内で可能な限り小さいサイズに調整されることが好ましい。

支持部８は、支持部本体８１と、複数のピン８２とを含んでいる。支持部本体８１は、基板２００側から見て円周の平面形状を有している。複数のピン８２は、基板２００を基板保持部２に設置する際に、基板２００を成膜面２０１側から支持する。複数のピン８２の各々は、支持部本体８１から内側に突出している。複数のピン８２の各々は、支持部本体８１に対して等間隔で設けられている。

基板２００を基板保持部２に設置する際以外の状態では、複数のピン８２の各々は、複数の凹部４６の各々に挿入されている。複数のピン８２の各々は、複数の凹部４６の各々を貫通して、供給面４１上に突出している。基板２００を基板保持部２に設置する際には、複数のピン８２の各々は、基板２００を成膜面２０１側から支持した状態で、基板保持部２から供給面４１に向かう方向に移動する。これにより、基板２００は基板保持部２に搬送される。

図５は、反りが発生した基板２００を模式的に示す断面図である。

図１および図５を参照して、治具６１は、矢印ＡＲ１１で示すように、突出部１３ａに取り付けられた状態の照射部５１を回転可能である。この回転により、治具６１は入射角αを調整する。また治具６１は、矢印ＡＲ１２で示すように、突出部１３ａに取り付けられた状態の照射部５１を上下左右方向に移動可能である。この移動により、治具６１は、膜２１０への入射位置を調整する。

同様に、治具６２は、矢印ＡＲ１３で示すように、突出部１３ｂに取り付けられた状態の受信部５２を回転可能である。この回転により、治具６２は反射角βに対して受信部５２の角度を調整する。また治具６２は、矢印ＡＲ１４で示すように、突出部１３ｂに取り付けられた状態の受信部５２を上下左右方向に移動可能である。この移動により、治具６２は、ビームＬ２に対して受信部５２の位置を調整する。

基板２００の成膜面２０１に対して、基板２００の材質とは異なる材質よりなる膜２１０をヘテロエピタキシャル成長させる場合（典型的には、基板２００がＳｉよりなり、膜２１０がＳｉＣよりなる場合）、基板２００と膜２１０との間の熱膨張係数の違いに起因して、基板２００には図５に示すような反りが発生する。基板２００に反りが発生した場合、ビームＬ１の膜２１０での反射位置が変化し、ビームＬ２の経路が本来の経路から変わる可能性がある。その結果、受信部５２で受信するビームＬ２の量が著しく低下するおそれがある。

そこで、治具６１または６２を設けることにより、基板２００の反りなどに起因してビームＬ２の経路が本来の経路から変わった場合にも、ビームＬ２を受信部５２で安定的に受信することができる。

図６は、基板２００側から見た場合のシャワーヘッド４の他の構成を示す平面図である。なお

図６を参照して、サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々は次の構成を有していてもよい。サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々は、２つの遮蔽板７４を含んでいる。２つの遮蔽板７４の各々は、側壁４３における透過部４４ａまたは４４ｂの付近に取り付けられている。２つの遮蔽板７４の各々は、矢印ＡＲ１で示すように、側壁４３に沿って移動可能である。２つの遮蔽板７４の各々は、ビームＬ１およびビームＬ２を遮蔽する材料よりなっている。

成膜装置１００の使用者は、基板２００の種類および基板に形成する膜の種類などに応じて、２つの遮蔽板７４の間隔を調整する。これにより、透過部４４ａおよび４４ｂの各々のサイズ（ビームＬ１またはＬ２が透過する領域の円周方向の長さ）が、サイズ調整部７ａおよび７ｂの各々によって調整される。

複数の吐出口４１ａから吐出され成膜面２１０に到達する原料ガスの流れは、分子流である。この原料ガスの流れが分子流となるように、空間ＳＰ２の圧力などが設定される。

すなわち、空間ＳＰ２の圧力Ｐ（Ｐａ）、空間ＳＰ２の温度を温度Ｔ（Ｋ）、原料ガスを構成する分子の直径を直径ｄ（ｍ）、ボルツマン定数を定数ｋ（Ｊ／Ｋ）とする。原料ガスを構成する分子の平均自由行程λは、下記式（１）で表される。

λ＝ｋＴ／（√２×πｄ²Ｐ）・・・（１）

複数の吐出口４１ａの各々から基板２００の成膜面２０１までの距離を距離Ｄとする。クヌーセン数Ｋは、下記式（２）で表される。

Ｋ＝λ／Ｄ・・・（２）

複数の吐出口４１ａから吐出され成膜面２１０に到達する原料ガスの流れを分子流にするためには、原料ガスを構成する分子のクヌーセン数Ｋは、下記式（３）を満たせばよい。

Ｋ＞０．３・・・（３）

なお、原料ガスの流れが分子流となる条件の一例として、ＳｉＣ膜を成膜する場合の成膜時の圧力Ｐは０＜Ｐ＜１×１０^-1（Ｐａ）であり、かつ距離Ｄは１（ｃｍ）＜Ｄ＜１００（ｃｍ）である。

［実施の形態の効果］

上述の実施の形態によれば、シャワーヘッド４に設けられた透過部４４ａおよび４４ｂによって、ビームＬ１およびビームＬ２の進行路が確保される。これにより、物性検出部５により成膜面２０１に形成された膜２１０の物性を検出することができる。形成される膜２１０の厚さの精度を向上することができる。

上述の実施の形態によれば、基板２００がＳｉよりなり、膜２１０が１０ｎｍ～１００ｎｍ程度の厚さを有するＳｉＣよりなる膜である場合、膜２１０全体にわたっての厚さ分布を１ｎｍ以下とすることができる。

［変形例］

ビームＬ１およびＬ２が電子線、極端紫外線、またはＸ線などよりなる場合には、透過窓１４ａおよび１４ｂとして好適な材料が乏しい。透過窓１４ａおよび１４ｂとして好適な材料とは、成膜室１の内部の減圧雰囲気を保ちつつ、ビームＬ１またはＬ２についての高い透過率を有する材料である。したがって、成膜室１を透過する際のビームＬ１およびＬ２のロスを低減する目的で、図７に示す変形例のように、物性検出部５が成膜室１の内部に設けられてもよい。

図７は、本発明の一実施の形態における成膜装置１００の変形例の構成を示す断面図である。

図７を参照して、本変形例の成膜装置１００において、物性検出部５、ならびに治具６１および６２が成膜室１の内部に設けられている。

照射部５１から照射されたビームＬ１は、透過部４４ａを透過して膜２１０に入射する。膜２１０で反射したビームＬ２は、透過部４４ｂを透過して受信部５２に入射する。成膜室１は、突出部１３ａおよび１３ｂ、ならびに透過窓１４ａおよび１４ｂを含んでいない。

［その他］

図１および図７の各々における成膜装置１００の各部材の配置および向きは、上下逆であってもよい。具体的には、空間ＳＰ１内にシャワーヘッド４が設けられ、空間ＳＰ２内にヒーター３が設けられてもよい。基板保持部２は基板２００の裏面２０２側を保持し、基板２００の成膜面２０１は上方を向いてもよい。シャワーヘッド４は基板２００の成膜面２０１に向かって下方にガスを供給してもよい。但し、支持部８は、基板２００の裏面２０２側に設けられる。支持部８は、図１および図７の場合と同様に、基板２００の下方から基板２００を持ち上げる。

透過部４４ａ、４４ｂ、および７２の各々は、光学的な貫通穴であればよく、切欠きまたは孔よりなる代わりに、電磁波または電子線を透過する透過部材よりなっていてもよい。しかし、成膜時に透過部に付着する異物に起因する透過率の低下を考慮すると、透過部４４ａ、４４ｂ、および７２の各々は、切欠きまたは孔よりなることが好ましい。

透過部４４ａおよび４４ｂが設けられる位置は側壁４３でなくてもよい。透過部４４ａおよび４４ｂは、シャワーヘッド４の任意の位置に設けられればよい。

成膜装置は、ＣＶＤ装置であってもよいし、ＭＢＥ装置（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）などの蒸着装置などであってもよい。成膜装置が蒸着装置である場合、第１および第２の透過部は、クヌーセンセルなどの蒸着源に設けられてもよい。

上述の実施の形態および変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

上述の実施の形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１成膜室（成膜室の一例）
２基板保持部（基板保持部の一例）
３加熱部（加熱部の一例）
４，１００４シャワーヘッド（ガス供給部の一例）
５物性検出部（物性検出部の一例）
７ａ，７ｂサイズ調整部
８支持部
９制御部
１１ａ，１１ｂ，１０１１排気口
１２ポート
１３ａ，１３ｂ突出部
１４ａ，１４ｂ，１０１２透過窓
２１開口部
４１，１０４１供給面（供給面の一例）
４１ａ吐出口（吐出口の一例）
４２本体（本体の一例）
４２ａ上部本体
４２ｂ下部本体
４３側壁
４４ａ，４４ｂ，７２透過部（第１および第２の透過部の一例）
４５ａ，４５ｂ流通路
４６凹部
４７ガス供給のための配管
４８原料ガス源
５１照射部（照射部の一例）
５２受信部（受信部の一例）
５３検出部（検出部の一例）
６１，６２治具（角度および位置調整部の一例）
７１，７４遮蔽板
７３ネジ
８１支持部本体
８２ピン
９１電源
１００，１１００成膜装置（成膜装置の一例）
２００基板
２０１成膜面
２０２裏面
２１０膜
３００下地基板
３１０ＳｉＣ膜
１００１真空チャンバー
１００３ヒーター
１００５放射率測定装置
１０４２貫通孔
Ｌ１，Ｌ２電磁波または電子線
ＳＰ１，ＳＰ２空間
ＳＰ３内部空間

Claims

内部が減圧雰囲気に保たれる成膜室と、
前記成膜室の内部に設けられ、成膜面を有する基板を保持する基板保持部と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記成膜面に形成する膜の原料ガスを前記成膜面に供給するガス供給部と、
前記成膜面に形成された膜の物性を検出する物性検出部とを備え、
前記物性検出部は、
前記成膜面に形成された膜に対して電磁波または電子線を照射する照射部と、
前記成膜面に形成された膜で反射した電磁波または電子線を受信する受信部と、
前記受信部にて受信した電磁波または電子線に基づいて、前記成膜面に形成された膜の物性を検出する検出部とを含み、
前記ガス供給部は、
前記成膜面と対向する供給面と、
前記供給面に設けられた複数の吐出口であって、前記原料ガスを前記成膜面に向けて吐出する複数の吐出口と、
前記複数の吐出口に前記原料ガスを搬送する本体と、
前記照射部から照射されて前記成膜面に形成された膜へ向かう電磁波または電子線を透過する第１の透過部と、
前記成膜面に形成された膜で反射して前記受信部へ向かう電磁波または電子線を透過する第２の透過部であって、前記第１の透過部とは異なる位置に設けられた第２の透過部とを含み、
前記ガス供給部は、前記供給面の外周を取り囲み、前記供給面から前記成膜面に向かって突出する側壁をさらに含み、
前記第１および第２の透過部は、前記側壁に設けられる、成膜装置。
前記第１および第２の透過部は、前記側壁に形成された切欠きまたは孔よりなる、請求項１に記載の成膜装置。
前記第１および第２の透過部の各々のサイズを調整するサイズ調整部をさらに備えた、請求項２に記載の成膜装置。
前記ガス供給部は、前記本体および側壁に設けられた冷媒の流通路をさらに含む、請求項１～３のいずれかに記載の成膜装置。
前記基板を前記基板保持部に設置する際に、前記基板を前記成膜面側から支持する複数のピンを含む支持部をさらに備え、
前記ガス供給部は、前記側壁における前記成膜面側の端部に設けられた複数の凹部であって、前記第１および第２の透過部とは異なる位置に設けられた複数の凹部をさらに含み、
前記複数のピンの各々は、前記複数の凹部の各々を貫通する、請求項１～４のいずれかに記載の成膜装置。
成膜装置の使用方法であって、
前記成膜装置は、
内部が減圧雰囲気に保たれる成膜室と、
前記成膜室の内部に設けられ、成膜面を有する基板を保持する基板保持部と、
前記基板を加熱する加熱部と、
前記成膜面に形成する膜の原料ガスを前記成膜面に供給するガス供給部と、
前記成膜面に形成された膜の物性を検出する物性検出部とを備え、
前記物性検出部は、
前記成膜面に形成された膜に対して電磁波または電子線を照射する照射部と、
前記成膜面に形成された膜で反射した電磁波または電子線を受信する受信部と、
前記受信部にて受信した電磁波または電子線に基づいて、前記成膜面に形成された膜の物性を検出する検出部とを含み、
前記ガス供給部は、
前記成膜面と対向する供給面と、
前記供給面に設けられた複数の吐出口であって、前記原料ガスを前記成膜面に向けて吐出する複数の吐出口と、
前記複数の吐出口に前記原料ガスを搬送する本体とを含み、
前記使用方法は、
前記照射部から照射されて前記成膜面に形成された膜へ向かう電磁波または電子線に、前記ガス供給部における第１の透過部を透過させる第１の工程と、
前記成膜面に形成された膜で反射して前記受信部へ向かう電磁波または電子線に、前記ガス供給部における前記第１の透過部とは異なる位置に設けられた第２の透過部を透過させる第２の工程とを備え、
前記ガス供給部は、前記供給面の外周を取り囲み、前記供給面から前記成膜面に向かって突出する側壁をさらに含み、
前記第１および第２の透過部は、前記側壁に設けられる、成膜装置の使用方法。